Multidimensional Data Processing With Bayesian Inference via Structural Block Decomposition

计算机科学 矩阵分解 外部产品 高光谱成像 张量(固有定义) 推论 主成分分析 数据挖掘 模式识别(心理学) 秩(图论) 人工智能 算法 张量积 数学 特征向量 组合数学 物理 量子力学 纯数学
作者
Qilun Luo,Ming Yang,Wen Li,Mingqing Xiao
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:54 (5): 3132-3145 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tcyb.2023.3234356
摘要

How to handle large multidimensional datasets, such as hyperspectral images and video information, efficiently and effectively plays a critical role in big-data processing. The characteristics of low-rank tensor decomposition in recent years demonstrate the essentials in describing the tensor rank, which often leads to promising approaches. However, most current tensor decomposition models consider the rank-1 component simply to be the vector outer product, which may not fully capture the correlated spatial information effectively for large-scale and high-order multidimensional datasets. In this article, we develop a new novel tensor decomposition model by extending it to the matrix outer product or called Bhattacharya-Mesner product, to form an effective dataset decomposition. The fundamental idea is to decompose tensors structurally in a compact manner as much as possible while retaining data spatial characteristics in a tractable way. By incorporating the framework of the Bayesian inference, a new tensor decomposition model on the subtle matrix unfolding outer product is established for both tensor completion and robust principal component analysis problems, including hyperspectral image completion and denoising, traffic data imputation, and video background subtraction. Numerical experiments on real-world datasets demonstrate the highly desirable effectiveness of the proposed approach.

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